Основные этапы расчета надежности устройств и систем управления при различных видах отказов

Информационно-измерительные подсистема (ИИП) является одной из основных в системе управления технологическим объектом любой сложности и глубины средств автоматизации.

Основное назначение ИИП заключается в представлении оператору информации о ходе технологического процесса и его эффективности, о состоянии основного и вспомогательного оборудования.

Поскольку оператор отвечает за качество ведения технологического процесса и при любых отказах системы регулирования осуществляет либо корректировку ее работы, либо переход на ведение процесса управления вручную.

Для наиболее ответственных параметров, определяющих безаварийную работу оборудования, предусматривается резервирование измерительных цепей и приборов, а также использование информационной избыточности. В системах управления современными энергоблоками, объектами металлургической и химической промышленности используются измерительные каналы, представленные на рисунке 10.1.

На местных щитах управления или непосредственно на технологическом объекте устанавливают показывающие и самопищущие измерительные приборы (ИП): манометры и дифманометры с импульсными линиями ИЛ, стеклянные и цифровые, манометрические термометры (рисунок 10.1, а).

Наиболее распространенным элементом ИИП являются измерительные комплексы (локальные измерительные системы), включающие первичные преобразователи ПП с импульсными линиями, электрическими и пневматическими линиями связи ЛС и вторичные показывающие или самопишущие приборы ВП, (рисунок 10.1, б).

Измерительные комплексы могут включать и большое количество устройств, так комплект расходометра помимо перечисленных элементов содержит сужающее устройство, а анализаторы состава газов и растворов – совокупность устройств, необходимых для подготовки и транспортировки пробы.

 

 

 

Рисунок 10.1- Принципиальная схема информационной измерительной подсистемы

Для измерения однородных параметров можно использовать многоточечные вторичные приборы, включающие переключатели П и измерительное устройство ИУ, (рисунок 10.1, в).

Структурная схема измерительной системы ИС, осуществляющей контроль технологических параметров с возможностью их избирательного вызова на показывающий многошкальный потенциометр ППМ, индикатор Д в сочетании с их периодической регистрацией с помощью цифропечатающего устройства ПУ и сигнализацией отклонений, превышающих допустимые значения, задаваемые устройством сравнения УС представлены на рисунке 10.1, г.

Для преобразования аналоговых сигналов в дискретные используются аналоговые преобразователи АЦП, первичные преобразователи подключаются к системе через коммутатор К.

При включении в ИИП вычислительной машины круг функций, выполняемых системой, дополняется расчетом технико-экономических показателей, диагностикой состояния оборудования.

При расчете надежности каналов ИИП используются показатели надежности технических средств, входящих в их состав.

Информационно - измерительная подсистема ИИП выполняет ряд функций: измерение, расчет технико-экономических показателей, регистрацию аварийных ситуаций, причем эти функции являются составными и могут быть как непрерывными, так и дискретными; измерительные каналы выполняют простые функции.

В технические условия на средства измерения (СИ) вводится вероятность безотказной работы за заданное время, задающая вероятность нахождения определяющего параметра в заданных допустимых пределах в течении указанного времени.

Для СИ параметры надежности выбираются из круга нормируемых метрологических характеристик. В большинстве случаев такими параметрами являются основная погрешность показаний, регистрации, выходного сигнала.

Изменение метрологических характеристик СИ может быть связано как с внезапными, так и с постепенными (параметрическими) отказами их элементов.

Изменения в ходе эксплуатации СИ таких влияющих величин, как температура окружающей среды, влажность, напряжение питания, уровень вибрации, солнечная радиация, биологические факторы вызывают дополнительные случайные изменения систематической погрешности, которые могут устраняться при возвращении влияющей величины в зону нормальных значений.

Рассмотрим случай, когда у СИ нормированы вероятности внезапных q_в и метрологических q_м отказов, тогда как у остальных элементов измерительных цепей, таких как импульсные линии, электрические линии связи, - вероятности внезапных отказов q_в.

Вероятность безотказной работы СИ, состоящей в отсутствии обоих видов отказов, при их независимости:

 

Р =(1- q _в) (1- q _м) = 1- q _в- q _м + q _м∙ q _м (10.1)

 

Расчет показателей надежности СИ, измерительных комплектов и каналов может осуществляться как по каждому из видов отказов, так и по обоим применительно к конкретным функциям измерительных систем.

При допущении, что после отказа импульсной линии прибор отключается, вероятность возникновения метрологического отказа в системе, изображенной на рисунке 10.1, а.

 

Q _м(t) = p _ил(t) q _мип(t). (10.2)

 

При низкой вероятности одновременного возникновения внезапных отказов в подводящей линии и приборе вероятность этого вида отказов

 

Q _в(t)= q _{в ил}(t) р _{в ип}(t) + р _ил(t) q _{в ил} (t), (10.3)

 

где р _{в ип}(t) = 1- q _{в ил} (t).

Вероятность безотказной работы измерительного прибора с импульсной линией

 

Р(t)= p _ил(t) = [1- q _{в ил}(t)][1- q _{в ил} (t) – q _{м ип}(t) + q _{в ил} (t) q _{м ип}(t)] (10.4)

 

Информационно-измерительная система – ИС (рисунок 10.1, г) является многофункциональной. Отказ коммутатора приводит к отказу всей системы, отказ АЦП вызывает отказ значительной части функций: цифровых индикаторов, периодической регистрации, сигнализации и регистрации аварийных отклонений.

Лекция 11

Цель лекции: Обучение основных принципам оценки надежности программного обеспечения приборов и систем